变形缝对地下地铁结构的影响

【摘要】近些年，我国地铁结构的建设规模不断的扩大，地下结构的性能的研究也更加引起重视。与地上结构相比，地下结构在地下由于空间上受到四周土体的影响而变得更为复杂，因此，对于变形缝对地下结构的影响研究存在必要性。本文对地铁设计条例的相关内容进行分析，对变形缝对地铁结构的影响进行相应的讨论。

【关键词】变形缝；地下地铁结构

随着国家经济建设的发展，地下空间开发成为当今建设的主题，它不仅能满足人们生活的需要，如地下停车场、地下商场等，而且在一定程度上缓解了地上交通压力，比如地铁。这些地下结构具有建设成本高、施工要求标准严格等特点，一旦遭受破坏会造成巨大财产损失，严重的会影响到人类的生命安全。

1、《地铁设计条例》关于变形缝设计的主要内容

关于地铁主体结构的变形缝《地铁设计条例》中已经有了十分明确的规定【1】。首先，地下地铁结构变形缝的设置要考虑温度变化的因素。缝的间距可以根据地铁的施工工艺、使用要求、围岩条件以及地铁在运营中的温度等影响因素，参照类似的工程经验进行确定。其次，地下钢筋混凝土结构的伸缩缝要求要符合下表中的规定：

钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距标准 m

结构类型 室内或是土中 露天

排架结构 装配式 100 70

框架结构 装配式 75 50

现浇式 55 35

剪力墙结构 装配式 65 40

现浇式 45 30

挡土墙、地下室墙壁等类结构 装配式 40 30

现浇式 30 20

最后，如果地铁结构出现下列情况的，伸缩缝的最大间距可以适当的增加：1、施工方式为在混凝土浇筑中使用后浇带分段施工；2、有专门的预加应力措施；3、实施了可以减小由温度引起的混凝土收缩的措施。当增大伸缩缝间距时，也要考虑温度的变化和混凝土收缩对地铁结构的影响。分缝的距离需要建立在一定工程经验情况下来确定【2】。

2、变形缝的作用和种类

2.1变形缝的作用

一般来说，混凝土结构易受温度、湿度、施工条件或自然灾害的影响而相互挤压破坏。在实施过程中，除了提升结构本身的强度来保证结构的变形和附加应力产生一定的抵抗之外，另一种比较常用的方法是在结构长度上去解决问题，即结构长度达到一定时设置缝隙，通过这种方法降低附加应力对结构的破坏，一般我们把这种缝隙统称为变形缝。

2.2变形缝的种类

结构为了避免热胀冷缩而引起的破坏设置的缝叫伸缩缝，也叫温度缝，它的设置能使结构本身因温度变化而引起的热胀冷缩自由伸缩，使得结构不会出现相互挤压的现象。一般结构中的伸缩缝宽度为20～30mm。

沉降缝是在建筑物基础出现不均匀沉降的情况下设置的，目的是为了避免建筑物地基的土质不均衡或建筑物负荷不平衡出现的沉降现象而引起的结构破坏。沉降缝一般要根据建筑物的情况设置，同时还要考虑建筑物的高度和地基的影响。缝宽一般为30～70mm，且基础也应该断开。

防震缝主要是针对结构比较复杂或不规则的结构以利于结构抗震而设置的缝。目的是将大型结构分割成抗震性能好的较小单元，让它们形成相对对立的防震单元，避免因地震造成建筑物整体震动不协调而引起破坏。缝宽一般取50～70mm。

3、变形缝在地下地铁结构中的应用

3.1北京地铁施工经验

地铁结构变形缝的影响因素包括温度、材料、施工、地震、地基等方面。北京地铁建设通常采用横向伸缩缝，即沿建筑物长度方向每隔一定距离预留缝隙，将建筑物从屋顶、墙体、楼层等地面以上构件全部断开，建筑物基础因其埋在地下受温度变化影响小，不必断开。伸缩缝的宽度一般为2～3cm，缝内填保温材料。地铁车站的长度一般在一百多米到六七百米不等，混凝土受温度变化的影响有收缩和膨胀的现象。施工中所规定的具体内容有：在明挖法施工的车站主体结构中，伸缩缝的间距一般在80m以内。在受条件限制时，伸缩缝最大间距不应超过120m，但对施工工艺、施工材料等提出了更高的要求。地铁结构设置横向伸缩缝的方法很好的释放了混凝土收缩和温度变化在结构中产生的纵向力。该施工方法的缺点在于施工要求比较高，在接缝处容易出现渗漏问题。此外，由于伸缩缝的影响，一般情况下在缝的两侧做成双柱或调整柱距，这在一定程度上影响了车站的建筑布置的灵活性。

3.2上海地铁施工经验

上海地铁施工中车站通常设置横向诱导缝，即通过适当减少钢筋对混凝土的约束等方法在混凝土结构中设置的易开裂的部位。在可能会产生混凝土收缩裂缝的部位，在不影响结构内力的情况下人为的削弱结构截面，具体的做法是诱导缝处将钢筋断开一部分，使钢筋的强度比其它不削弱截面稍低。裂缝的宽度需要符合外贴防水层和建筑装饰层允许拉伸的范围内，且不能贯穿整个截面。在施工中，诱导缝最佳做法是24m的间距，如果遇到楼板开孔较大、侧墙上有通道、风道口等处不可设置时，缝的间距可以适当的增加，而且通常把施工缝和诱导缝合并在一起。当诱导缝设在1/3～1/4跨度时，顶板纵梁两侧的1m范围内钢筋全通，该区域要适当增加加强钢筋，而中板和侧墙的纵向钢筋通过全截面的三分之一。通过这种方法设缝使该处结构强度降低。

4、变形缝的设置原则及混凝土裂缝控制

在施工过程中首先要控制分段长度，其目的在于把结构分为许多小段，减小结构的温度应力。在各地地铁施工段的长度控制数据中上海地铁诱导缝间距为24m；广州地铁在16～24m；北京地铁在伸缩之间增加1～2道施工缝。

一般在结构受力较小的位置设置后浇带。后浇带的作用是为了扩大伸缩间距，将大部分的约束应力释放，待浇筑的混凝土达到一定强度时，用强度较高的混凝土填充后浇带，以此来抵抗残余的收缩应力。混凝土开裂基本上可以分为三个活动期，入槽后的混凝土在一到两天内达到温度峰值，随后逐渐降低达到和周围环境差不多的温度，在此期间混凝土会出现一定的收缩，在以后的3～6个月完成大部分收缩，一年后完全实现收缩【3】。

控制裂缝的施工措施主要包括有以下内容：混凝土在入模时的温度要在32℃以下，但是一般情况下都要高于50℃；混凝土的中间和表面的温度差要控制在20℃内；在夏季时尽量在夜间进行混凝土浇筑。

控制裂缝的设计措施主要有：采用高性能的混凝土，从水化热和抗裂性的角度进行考虑；使用外加剂，如减水剂，早强剂等；设置变形缝，保证混凝土具有预压应力；最后是合理配筋【4】。

本文主要讨论了变形缝是地下地铁结构中常用的手段，概括了地下车站中的变形缝作用及机理，探讨了解决混凝土开裂的方法，在采取必要的工程措施，例如设置后浇带、间隔跳开施工、用膨胀带加强、补偿收缩混凝土等情况下有效的减少混凝土的温度应力和收缩应力。

【参考文献】

[1]周艺.明挖地下结构影响变形缝设置因素研究及工程应用[D].北京交通大学，2015.140-141

[2]唐生朝. 高承压水条件下变形缝渗漏水治理施工技术[J]. 铁道建筑技术， 2015.144-145